无碳小车误差补偿分析及微调结构设计

王晶东，陈广俊，于化东，刘 刚，王 旭

(长春理工大学 机电工程学院，吉林 长春 130022)

0 引言

在无碳小车设计过程中，转向机构是小车实现避障功能的关键部分。目前，轨迹近似为正弦曲线的无碳小车的转向机构主要以曲柄滑块机构[1]、曲柄摇杆机构[2]、凸轮机构[3]、不完全齿轮机构[4]等为主，采用上述机构易达到转向要求，但在实践过程中，由于缺乏对小车调整量与轨迹偏差量补偿关系的分析以及相应调整结构的设计，实际运行轨迹与理想轨迹依然存在较大偏差。

1 运动模型的建立

正弦机构能轻易地将曲柄的回转运动转换为导杆的往复直线运动，其特点是导向性好、传动误差较小[5]。本文所设计小车的正弦机构运动简图如图1所示。

1-转向轮；2-摇杆；3-转向轴；4-导杆；5-绕线轴；6-曲柄

图1中，l为曲柄长度，ω为曲柄角速度，θ为曲柄旋转角，a为导杆与转向轴垂直距离，φ为摇杆旋转角。

根据图1，可得到小车转向轴转角(摇杆旋转角):

(1)

再以小车运行轨迹的曲率圆圆心为原点绘制如图2所示的小车运行简化示意图。

图2中，c为1/2车宽，b为后轴与转向轴轴心垂直距离，α为小车转角。当主动轮前进ds时，得出小车转角:

(2)

其中：i为传动比；D为主动轮直径，D=220 mm。

图2 小车运行简化示意图

设主动轮的轨迹坐标为(xA，yA)，则转向轮的轨迹坐标为：

(3)

选择转向轮圆心C点在xoy平面上的运动投影作为小车运行轨迹。设障碍物间距为1 000 mm，a=50 mm，b=284 mm，l=27 mm，c=86 mm，齿轮传动比i=4。

2 轨迹误差原因分析及解决方案的提出

2.1 轨迹误差原因分析

小车的运行轨迹主要是由转向轮引导主、从动轮形成，因此转向轴推程及回程极限角度误差大小对小车是否能以理想轨迹运行至关重要[6]。……